面向有色行業(yè)的智能制造運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái) ——基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的業(yè)務(wù)優(yōu)化和模式創(chuàng)新
杭州錦江集團(tuán)是一家以環(huán)保能源、有色金屬、化工與新材料為主產(chǎn)業(yè)，集商貿(mào)于一體的現(xiàn)代化大型民營(yíng)企業(yè)集團(tuán)，是國(guó)內(nèi)三大氧化鋁現(xiàn)貨供應(yīng)商之一，氧化鋁產(chǎn)能位居全國(guó)第三，可供交易的氧化鋁占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的首位。山西復(fù)晟鋁業(yè)有限公司（簡(jiǎn)稱“復(fù)晟鋁業(yè)”）是杭州錦江集團(tuán)于2013年8月投資建設(shè)的混合所有制氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，復(fù)晟鋁業(yè)獲評(píng)有山西省“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”試點(diǎn)項(xiàng)目、兩化深度融合示范企業(yè)、兩化融合管理體系貫標(biāo)試點(diǎn)企業(yè)等多項(xiàng)榮譽(yù)，是國(guó)內(nèi)氧化鋁行業(yè)唯一的一家智能制造試點(diǎn)示范企業(yè)。
為了在鋁精深加工領(lǐng)域取得更大的突破，復(fù)晟鋁業(yè)通過與深圳華制智能制造技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“華制智能”）合作實(shí)施智能制造頂層設(shè)計(jì)及方案，實(shí)現(xiàn)了智能化再次升級(jí)。華制智能作為項(xiàng)目的集成方案商和主要實(shí)施方，為復(fù)晟鋁業(yè)提供了智能制造頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃、智能工廠建設(shè)與改造、智能制造項(xiàng)目集成與實(shí)施、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建及實(shí)施、工業(yè)企業(yè)上云用云等整體解決方案及服務(wù)。
一、項(xiàng)目概況
本項(xiàng)目是在復(fù)晟鋁業(yè)原有裝備工藝智能化的基礎(chǔ)上，通過打造“縱向集成，橫向貫通”的錦江集團(tuán)云平臺(tái)，構(gòu)建全方位智能制造體系架構(gòu)，解決企業(yè)生產(chǎn)管控平臺(tái)缺失、廠級(jí)自動(dòng)化優(yōu)化系統(tǒng)缺失問題的同時(shí)，升級(jí)改造公司各工藝段自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理及預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)提升，完成復(fù)晟鋁業(yè)智能制造頂層設(shè)計(jì)及實(shí)施，從而打造氧化鋁行業(yè)智能制造標(biāo)桿。
1. 項(xiàng)目背景
（1）企業(yè)背景
復(fù)晟鋁業(yè)發(fā)展面臨以下幾個(gè)突出問題與需求：
a生產(chǎn)管控平臺(tái)缺失、廠級(jí)自動(dòng)化優(yōu)化系統(tǒng)缺失；
b.各工藝段有自動(dòng)化升級(jí)改造空間；
c.設(shè)備管理及預(yù)測(cè)性維護(hù)需要系統(tǒng)提升。
（2）行業(yè)背景
工信部編制發(fā)布了《有色金屬工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020年）》，提出“以加強(qiáng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和擴(kuò)大市場(chǎng)需求為主線，以質(zhì)量和效益為核心，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)力，以高端材料、綠色發(fā)展、兩化融合、資源保障、國(guó)際合作等為重點(diǎn)，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，拓展行業(yè)發(fā)展新空間，到2020年底我國(guó)有色金屬工業(yè)邁入世界強(qiáng)國(guó)行列”。
（3）項(xiàng)目的可行性與優(yōu)勢(shì)
錦江集團(tuán)高層對(duì)智能制造戰(zhàn)略方向已經(jīng)達(dá)成共識(shí)且高度重視，復(fù)晟鋁業(yè)裝備工藝智能化有所布局，具備良好的智能化實(shí)施基礎(chǔ)。
2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
本項(xiàng)目從氧化鋁生產(chǎn)全流程出發(fā)，進(jìn)行智能工廠集成，通過規(guī)范信息化和工業(yè)化應(yīng)用，將傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程、工藝流程與信息化系統(tǒng)相結(jié)合，立足于基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、著眼于管理提升、放眼于智能生產(chǎn)，形成集全流程監(jiān)視、全過程控制、全方面分析、全環(huán)節(jié)跟蹤的管理系統(tǒng)，構(gòu)建新一代工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)和智能制造運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)（MOM）。
圖1 有色金屬流程型智能制造建設(shè)路徑
主要分為以下幾個(gè)實(shí)施階段：
（1）智能制造頂層規(guī)劃項(xiàng)目：根據(jù)企業(yè)痛點(diǎn)，完成從設(shè)備層、控制層、執(zhí)行層、運(yùn)營(yíng)層、決策層的整體規(guī)劃；
（2）機(jī)房擴(kuò)建項(xiàng)目：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、新建信息化及自動(dòng)化項(xiàng)目，增加相應(yīng)機(jī)柜、交換機(jī)、中心路由器、散熱系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)等；
（3）網(wǎng)路規(guī)劃及信息工控安全項(xiàng)目：對(duì)工廠整體信息化辦公網(wǎng)絡(luò)及工控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體規(guī)劃、布局和設(shè)置，保證穩(wěn)定性及冗余性，增加系統(tǒng)和安全設(shè)備，對(duì)VPN設(shè)備進(jìn)行兩網(wǎng)及信息交互隔離；
（4）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目：提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)外數(shù)據(jù)接口，可為多個(gè)系統(tǒng)提供源數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)情況，所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)同一平臺(tái)呈現(xiàn)，所有報(bào)表自動(dòng)生產(chǎn)，數(shù)據(jù)源統(tǒng)一，實(shí)時(shí)環(huán)保報(bào)警；
（5）工藝自動(dòng)化控制項(xiàng)目：增加自動(dòng)控制系統(tǒng)、防碰撞傳感器、三維掃描器等自動(dòng)化裝備；
（6）設(shè)備EAM管理系統(tǒng)項(xiàng)目：通過傳感器信號(hào)預(yù)測(cè)設(shè)備故障類型，完成設(shè)備相關(guān)全部信息采集、梳理、備品備件、工單流轉(zhuǎn)等；
（7）集成管控平臺(tái)項(xiàng)目：通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)無線傳感器、采集器、數(shù)據(jù)服務(wù)器，對(duì)高溫高濕環(huán)境下的重型設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行層層透?jìng)鳎ネ―CS服務(wù)器大數(shù)據(jù)，同時(shí)整合執(zhí)行層ERP、MOM、PLM等多級(jí)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制層、操作管理層、企業(yè)協(xié)同層的扁平化管理；
（8）MOM生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理項(xiàng)目：以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)為支撐控制系統(tǒng)，自動(dòng)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及生產(chǎn)全流程數(shù)據(jù)；
（9）大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)項(xiàng)目：依托生產(chǎn)業(yè)務(wù)模型、專家經(jīng)驗(yàn)，建成生產(chǎn)執(zhí)行平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各控制和監(jiān)控系統(tǒng)的智能化管理。
3. 項(xiàng)目目標(biāo)
（1）打通各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流程，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，形成完整、操作性強(qiáng)、且對(duì)智能工廠建設(shè)具有指導(dǎo)性的集成框架和標(biāo)準(zhǔn)；
（2）通過研制智能工廠集成標(biāo)準(zhǔn)并推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能制造所要求的橫向集成和綜合集成，滿足企業(yè)甚至是行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)、質(zhì)量管理全過程自動(dòng)化、生產(chǎn)進(jìn)度可視化、信息化系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)氧化鋁產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程信息系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)無縫對(duì)接；
（3）提高企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理水平、提高設(shè)備利用率、提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，打造氧化鋁智能制造標(biāo)桿。
二、項(xiàng)目實(shí)施概況
該項(xiàng)目利用華制智能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，借助華制智能自主研發(fā)的“一平臺(tái)多應(yīng)用”體系產(chǎn)品，導(dǎo)入工業(yè)自動(dòng)化優(yōu)化控制項(xiàng)目、機(jī)房擴(kuò)建項(xiàng)目、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目、設(shè)備在線預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)及設(shè)備EAM管理系統(tǒng)、MOM制造運(yùn)營(yíng)管理項(xiàng)目等，為復(fù)晟鋁業(yè)構(gòu)建全方位智能制造體系架構(gòu)，解決了企業(yè)數(shù)據(jù)交互不暢、機(jī)房容量不足、網(wǎng)絡(luò)故障無從監(jiān)控處理、工控控制存在風(fēng)險(xiǎn)等痛點(diǎn)。
1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
有色金屬智能制造模型參考工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，制定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)總體方案，從基礎(chǔ)架構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)、控制執(zhí)行、管理4個(gè)方面進(jìn)行了規(guī)劃，如下圖
（1）基礎(chǔ)架構(gòu)層
包括辦公網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)硬件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件支持，是企業(yè)構(gòu)建信息化、智能化的基礎(chǔ)。
（2）現(xiàn)場(chǎng)層
用以實(shí)現(xiàn)智能裝備，包括DCS控制系統(tǒng)、集中控制、局部多變量模型動(dòng)態(tài)智能控制（APC）規(guī)劃。通過智能裝備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析，并充分利用智能機(jī)器人降低人工成本，提升工作效率。
通過在線傳感器將核心設(shè)備數(shù)據(jù)采集，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常設(shè)備的預(yù)警和故障的精準(zhǔn)定位，并根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行工況事先進(jìn)行設(shè)備故障劣化趨勢(shì)預(yù)判，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷。
（4）控制執(zhí)行層
用以實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)，包括MES生產(chǎn)控制、生產(chǎn)建模仿真決策、人事測(cè)評(píng)互聯(lián)、配電室智能溫控點(diǎn)巡檢、設(shè)備點(diǎn)巡檢、手機(jī)互聯(lián)管控系統(tǒng)、企業(yè)一卡通、客商物聯(lián)平臺(tái)系統(tǒng)規(guī)劃。從業(yè)務(wù)集成、設(shè)備集成、生產(chǎn)過程集成等關(guān)鍵環(huán)節(jié)出發(fā)，搭建制造運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)（MOM）、虛擬工廠集成平臺(tái)、質(zhì)量管理集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)氧化鋁智能工廠全部業(yè)務(wù)流程模擬。
通過構(gòu)建企業(yè)綜合自動(dòng)化建設(shè)的中樞系統(tǒng)，為企業(yè)提供生產(chǎn)過程透明化管控，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗物耗及生產(chǎn)成本。該方案具有很強(qiáng)的復(fù)制性，可廣泛應(yīng)用于有色金屬行業(yè)智能化車間建設(shè)。
（5）管理層
用以實(shí)現(xiàn)智能管理，包括ERP、NC用友財(cái)商管理、OA辦公、人力HER、商務(wù)采購(gòu)招標(biāo)平臺(tái)系統(tǒng)規(guī)劃。
2. 網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)或安全互聯(lián)架構(gòu)
三、下一步實(shí)施計(jì)劃
計(jì)劃1：
實(shí)施無人值守地磅項(xiàng)目，通過建設(shè)無人地磅值守系統(tǒng)、客商平臺(tái)系統(tǒng)、微信APP系統(tǒng)，配合硬件設(shè)施，完成原料進(jìn)廠、成品出廠的無人信息流轉(zhuǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)客商平臺(tái)與ERP信息交互，完成訂單信息采集與采樣系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)信息交互及驗(yàn)證。解決人員監(jiān)控及計(jì)量存在人為因素影響、不同供應(yīng)商的批次和樣本存在等待情況、車輛插隊(duì)造成車輛堵塞的問題。
計(jì)劃2：
實(shí)施全自動(dòng)取樣、制樣、合樣、送樣項(xiàng)目。采用機(jī)器人自主無人巡航定位方式實(shí)現(xiàn)采樣的公正客觀性；采用自動(dòng)合制樣機(jī)完成自動(dòng)合制樣；采用集放線完成樣品由料廠至質(zhì)檢廠的流轉(zhuǎn)。消除所有人為干擾因素、提高工作效率、增加車輛送料時(shí)間。和樣、制樣、送樣完全自動(dòng)化，提高工作效率降低工作強(qiáng)度。
計(jì)劃3：
實(shí)施無人化實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，通過自動(dòng)稱重、自動(dòng)融樣、機(jī)械臂協(xié)同抓取樣本，完成檢測(cè)儀器自動(dòng)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果自動(dòng)流轉(zhuǎn)系統(tǒng)。建設(shè)行業(yè)標(biāo)桿，提高工作效率，完成化驗(yàn)室固相操作，解決人力資源浪費(fèi)等問題。
計(jì)劃4：
建設(shè)自動(dòng)包裝碼垛系統(tǒng)，按照預(yù)訂方式完成碼垛垛形。裝車根據(jù)訂單，機(jī)械裝置自動(dòng)完成。完成堆取料機(jī)全自動(dòng)化，人工只需監(jiān)控故障和預(yù)警，只在故障下人工干預(yù)，其他運(yùn)行工況下設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行，提高工作效率。
計(jì)劃5：
建設(shè)工藝自動(dòng)優(yōu)化系統(tǒng)項(xiàng)目，通過先進(jìn)控制算法，完成最佳參數(shù)設(shè)定值設(shè)定，解決人工控制不夠精準(zhǔn)、全流程工藝銜接不夠完善、未達(dá)到最佳工況的痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全流程工藝自動(dòng)化控制最優(yōu)、工藝設(shè)定值最佳、控制穩(wěn)定、控制平穩(wěn)、效益最優(yōu)。
四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果
1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
（1）無碼智能工廠平臺(tái)（免代碼構(gòu)建應(yīng)用）
摒棄傳統(tǒng)企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)由于發(fā)展時(shí)間不同步產(chǎn)生的高耦合、高冗余、低集成的弱點(diǎn)，將系統(tǒng)還原為小顆粒度的業(yè)務(wù)功能集，根據(jù)客戶需求對(duì)業(yè)務(wù)功能進(jìn)行定制和構(gòu)裝，打造完全量身定做的高集成度協(xié)同方案。
（2）生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)MOM
生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)MOM是根據(jù)客戶的發(fā)展戰(zhàn)略，結(jié)合生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，借鑒國(guó)內(nèi)外成熟的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)建立統(tǒng)一的信息管理平臺(tái)。
圖12 MOM系統(tǒng)整體功能構(gòu)架
該平臺(tái)可提升企業(yè)生產(chǎn)管理水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化向軟件智能化的無縫鏈接、企業(yè)資源信息的有力整合、企業(yè)信息由孤島化向一體化的跨越和生產(chǎn)過程可追溯化管理。
（3）預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)
在線檢測(cè)預(yù)測(cè)性維護(hù)項(xiàng)目，每個(gè)周期會(huì)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行設(shè)備故障預(yù)測(cè)，2017年1月報(bào)告中，發(fā)現(xiàn)磨機(jī)的震動(dòng)及溫度出現(xiàn)異常，趨勢(shì)曲線出現(xiàn)異常波動(dòng)，判斷磨機(jī)出現(xiàn)不“對(duì)中”的情況，給相關(guān)設(shè)備維修人員提供數(shù)據(jù)報(bào)告，并告知按照預(yù)測(cè)報(bào)告及時(shí)準(zhǔn)備備品備件，安排檢修，切換設(shè)備機(jī)調(diào)整生產(chǎn)，避免由于設(shè)備非計(jì)劃停車和間接生產(chǎn)而引起的減產(chǎn)損失達(dá)幾百萬元。項(xiàng)目投資不到五十萬元，效果顯著，投資回報(bào)率極高。下圖為現(xiàn)場(chǎng)維修技術(shù)人員為項(xiàng)目寫的確認(rèn)函。
圖13 現(xiàn)場(chǎng)檢修反饋
3. 實(shí)施效果：高質(zhì)量、高效率、低成本、低能耗
本項(xiàng)目將復(fù)晟鋁業(yè)打造成為氧化鋁行業(yè)智能制造標(biāo)桿，并將該模式推廣到了錦江集團(tuán)其他下屬企業(yè)，達(dá)成了以下項(xiàng)目成果：
（1）設(shè)備100%互聯(lián)：打通設(shè)備孤島、實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)采集上傳；
（2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：解決系統(tǒng)建設(shè)獨(dú)立、功能兼顧性差、接口和數(shù)據(jù)表不統(tǒng)一的痛點(diǎn)；
（3）機(jī)房擴(kuò)容：建設(shè)T2級(jí)支撐廠內(nèi)全部自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)穩(wěn)定，高效運(yùn)行，同時(shí)具備后續(xù)擴(kuò)容空間的機(jī)房；
（4）信息安全：一改初期網(wǎng)絡(luò)無防護(hù)、異常無監(jiān)控狀態(tài)，保證廠內(nèi)辦公系統(tǒng)與工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，建立網(wǎng)絡(luò)攻擊防御體系，主動(dòng)監(jiān)控；
（5）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：構(gòu)建集團(tuán)級(jí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，滿足企業(yè)生產(chǎn)管理、過程監(jiān)控、經(jīng)營(yíng)管理之間對(duì)實(shí)時(shí)信息完整性、一致性、安全共享的需求；
（6）制造運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)：構(gòu)建集團(tuán)級(jí)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，集營(yíng)銷分析、過程管控、經(jīng)驗(yàn)分析三大板塊功能，全面支撐企業(yè)信息化；
（7）減員增效：針對(duì)流程行業(yè)高溫高濕戶外設(shè)備的保養(yǎng)監(jiān)控，導(dǎo)入設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大量減少人員監(jiān)測(cè)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)無人巡檢、數(shù)據(jù)透?jìng)骱皖A(yù)測(cè)維護(hù)、減員增效的同時(shí)主動(dòng)防御，大量減少設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)造成的損失。
聲明
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